[发明专利]一种镍锰钛复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种镍锰钛复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、将镍盐和锰盐配成镍锰混合溶液，然后将该镍锰混合溶液与络合剂Ⅰ和沉淀剂Ⅰ进行第一次共沉淀反应，得到镍锰沉淀物前驱体；

S2、将步骤S1所得镍锰沉淀物前驱体置于络合剂Ⅱ中搅拌均匀，之后再往所得混合物中加入钛盐Ⅰ与沉淀剂Ⅱ进行第二次共沉淀反应，所述钛盐Ⅰ的用量使得体系中钛离子的摩尔量与镍锰离子总摩尔量的比值为1-y:5y，y为0.7～0.9，得到初级钛掺杂的镍锰沉淀物；

S3、将步骤S2所得初级钛掺杂的镍锰沉淀物置于络合剂Ⅲ中搅拌均匀，之后再往所得混合物中加入钛盐Ⅱ与沉淀剂Ⅲ进行第三次共沉淀反应，所述钛盐Ⅱ的用量使得体系中钛离子的摩尔量与镍锰离子总摩尔量的比值为3-3y:10y，得到中级钛掺杂的镍锰沉淀物；

S4、将步骤S3所得中级钛掺杂的镍锰沉淀物置于络合剂Ⅳ中搅拌均匀，之后再往所得混合物中加入钛盐Ⅲ与沉淀剂Ⅳ进行第四次共沉淀反应，所述钛盐Ⅲ的用量使得体系中钛离子的摩尔量与镍锰离子总摩尔量的比值为1-y:2y，得到终级梯度钛掺杂的镍锰前驱体；

S5、将步骤S4所得终级梯度钛掺杂的镍锰前驱体与锂源Ⅰ混合，然后将所得混合物进行有氧高温烧结，得到锂镍锰钛氧化物；

S6、将步骤S5所得锂镍锰钛氧化物溶于有机溶剂中，再加入酸液配制成均匀分散的悬浊液，之后将该悬浊液与钛盐Ⅳ混合均匀，接着将所得混合溶液加热至40～60℃下保温反应1～5h，反应完成之后过滤，所得固体产物烘干后与锂源Ⅱ混合均匀后依次进行焙烧、破碎和过筛，得到镍锰钛复合材料。

2.根据权利要求1所述的镍锰钛复合材料的制备方法，其特征在于，

所述镍盐选自硝酸镍、硫酸镍和氯化镍中的至少一种；

所述锰盐选自硝酸锰、硫酸锰和氯化锰中的至少一种；

所述镍锰混合溶液中镍离子和锰离子的总浓度为0.5～2mol/L；

所述钛盐Ⅰ、钛盐Ⅱ、钛盐Ⅲ和钛盐Ⅳ各自独立地选自钛酸四丁酯、异丙醇钛、硫酸氧钛、四氯化钛、钛酸甲酯和钛酸异丁酯中的至少一种；

所述络合剂Ⅰ、络合剂Ⅱ、络合剂Ⅲ和络合剂Ⅳ各自独立地选自氨水、硫酸铵、氯化铵、乙二胺四乙酸和硝酸铵中的至少一种；所述沉淀剂Ⅰ、沉淀剂Ⅱ、沉淀剂Ⅲ和沉淀剂Ⅳ各自独立地为氢氧化钠和/或氢氧化钾；

所述锂源Ⅰ和锂源Ⅱ各自独立地选自氢氧化锂、乙酸锂和硝酸锂中的至少一种；

所述有机溶剂选自乙醇、正丁醇、乙二醇、异丙醇和丙酮中的至少一种；

所述酸液选自醋酸、乳酸、苹果酸、柠檬酸和琥珀酸中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的镍锰钛复合材料的制备方法，其特征在于，所述钛盐Ⅰ、钛盐Ⅱ和钛盐Ⅲ均以溶液形式使用，且浓度各自独立地为0.05～10mol/L。

4.根据权利要求2所述的镍锰钛复合材料的制备方法，其特征在于，所述络合剂Ⅰ、络合剂Ⅱ、络合剂Ⅲ和络合剂Ⅳ均以溶液的形式使用，且浓度各自独立地为0.02～5mol/L。

5.根据权利要求2所述的镍锰钛复合材料的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂Ⅰ、沉淀剂Ⅱ、沉淀剂Ⅲ和沉淀剂Ⅳ均以溶液的形式使用，且浓度各自独立地为0.05～5mol/L。

6.根据权利要求2所述的镍锰钛复合材料的制备方法，其特征在于，所述终级梯度钛掺杂的镍锰前驱体与锂源的摩尔比为1:(1.02～1.22)；所述钛盐Ⅳ与锂源Ⅱ的摩尔比为1:(0.2～0.9)。

7.根据权利要求2所述的镍锰钛复合材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂与锂镍锰钛氧化物的用量比为(10～100mL):5g。

8.根据权利要求2所述的镍锰钛复合材料的制备方法，其特征在于，所述酸液与锂镍锰钛氧化物的用量比为(0.2～10mL):5g。